电枢串联电阻时的人为机械特性课件

1重庆大学自动化学院电机学及拖动基础1重庆大学自动化学院电机学及拖动基础2直流电机复习2直流电机复习直流电机框架3直流电机框架34一、直流电动机的工作原理和结构安培定律（电磁力定律）——载流导体在磁场中受到的力表达式为：电机的工作要求：能够产生大小方向可以稳定的转矩。因此,直流电机工作条件:

磁场：需要产生磁场通电线圈：对通电线圈的要求4一、直流电动机的工作原理和结构安培定律（电磁力定律）——载直流电机的磁场励磁方式——供给励磁绕组电流而产生励磁磁动势的方式不管哪种励磁方式，直流电机的磁场是通过直流电产生的磁场，其大小和空间分布是固定不变的。电枢反应：负载电流所产生的磁场对励磁磁场的影响。5/2直流电机的磁场5/2通电绕组：6通电绕组：6对通电绕组通电的要求：

要求转矩的大小方向不变，要求绕组中的电流方向与线圈位置有关

因此电枢线圈中电流为交流，直流电动机电枢线圈产生的电势为交流，其方向与电流方向相反。通电线圈：处于相同极性磁极下的导体所受电磁力的方向保持不变，亦即相同极性磁极下导体中电流方向不变；----所以线圈处于不同磁极下电流方向需要相应变化7对通电绕组通电的要求：78主磁极换向磁极电刷装置机座端盖磁极铁心励磁绕组电刷刷握绝缘支架压紧力调整装置转子定子直流电机（产生电动势，流过电流，产生电磁转矩）转轴电枢铁心电枢绕组换向器8主磁极换向磁极电刷装置机座端盖磁极铁心励磁绕组电刷刷握绝缘9直流电动机工作原理的几点结论外施电压、电流是直流电，电枢线圈内电流是交流电；线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；9直流电动机工作原理的几点结论外施电压、电流是直流电，电枢线10直流电机工作原理的特点不管是直流电动机还是直流发电机，都需要一个空间分布不变的磁场；电枢绕组中必须有多个线圈，线圈之间通过串联形成一个无头无尾的闭合回路；电机结构中必须有换向器和电刷，电刷放置在电势最小的线圈位置；通过电刷，电枢绕组形成两条并联的支路，而且线圈内流过的电流为交流；

10直流电机工作原理的特点不管是直流电动机还是直流发电机，都11额定功率(PN，kW)——额定条件下电机所能提供的功率电动机——指轴上输出的机械功率发电机——指电刷间输出的额定电功率额定电压(UN，V)——在额定工况下，电机出线端的平均电压发电机——是指输出额定电压；电动机——是指输入额定电压。二、直流电机的额定值11额定功率(PN，kW)——额定条件下电机所能提供的功率三、电机的运行改变电枢电压的运行变化过程改变电枢电阻的运行变化过程改变励磁磁场的运行变化过程改变负载转矩的运行变化过程运行状态的分析方法：物理量的变化、机械特性的表示。12三、电机的运行1213分析13分析14四、直流电机的电动势和电磁转矩公式以上公式就回答了有电流就一定会有转矩，有转速就一定会有电势剩下的问题就是：转矩与转速的关系，电流与电势的关系。14四、直流电机的电动势和电磁转矩公式以上公式就回答了有电流15五、直流电机的基本方程式（稳态、他励）1.电动势平衡方程式2.转矩平衡方程式15五、直流电机的基本方程式（稳态、他励）1.电动势平衡方16直流电动机的功率平衡方程式Pe为转换成机械功率的电磁功率（机械能）pCua=Ia2Ra为电枢回路上的铜耗，也称可变损耗pc为电刷接触损耗3.功率平衡方程式第六节直流电机的运行原理16直流电动机的功率平衡方程式3.功率平衡方程式第六节直17pFe为电机铁耗pmech为机械损耗pFe+

pmech为空载损耗，也称不变损耗P2输出机械功率17pFe为电机铁耗18pCuapmech六、直流电机的功率流程图18pCuapmech六、直流电机的功率流程图直流拖动与应用19

GD2——飞轮惯量（N·m2），GD2=4gJ

机械惯性——反映在系统的飞轮惯量上，使转速不能突变直流拖动与应用19GD2——飞轮惯量（N·m2），GD2=20直流拖动与应用1.恒转矩负载特性——负载转矩Tz

与转速n大小无关的特性反抗性（反作用）恒转矩负载特性的特点——转矩Tz

总与运动方向相反，位于一三象限（金属压延机构、机床平移机构等）位能性恒转矩负载特性的特点——转矩Tz具有固定的方向，由拖动某些具有位能的部件造成，位于一四象限七、负载特性nTznTz20直流拖动与应用1.恒转矩负载特性——负载转矩Tz与转速21通风机转矩负载特性——转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比2、通风机负载特性21通风机转矩负载特性——转矩与转速大小有关，基本上与转速的22恒功率负载转矩特性——负载转矩基本上与转速成反比，功率基本不变(如车床等)3、恒功率负载特性22恒功率负载转矩特性——负载转矩基本上与转速成反比，功率基23R——电枢回路总电阻Ce——电动是常数CT——转矩常数八、直流电动机的机械特性23R——电枢回路总电阻八、直流电动机的机械特性24机械特性的特点机械特性是一条向下倾斜的直线斜率越大，速度降落越大，机械特性越软几个关键点理想空载点(0，n0)实际空载点(T0

，n'0)额定工作点(TN，nN)起动点(Tst，0)机械特性小结24机械特性的特点机械特性小结机械特性的定义——电动机的转速n与电磁转矩T

的关系n=f(T)固有机械特性——当他励电动机电压及磁通均为额定值，电枢没有串联电阻时的机械特性人为机械特性——

通过改变电动机参数获得的机械特性电枢串联电阻时的人为机械特性（典型特点）改变电压时的人为机械特性（典型特点）减弱电动机磁通时的人为机械特性（典型特点）25机械特性的定义——电动机的转速n与电磁转矩T的关系n=f电枢串联电阻时的人为机械特性（典型特点）26RaRa+RΩ电枢串联电阻时的人为机械特性（典型特点）26RaRa+RΩ27电力拖动系统稳定运行的充分必要条件：必要条件——机械特性和负载转矩特性有交点T=Tz充分条件——在交点对应的转速之上T<Tz，转速之下T>Tz记忆方式：在交点之上要降下来，必须负载转矩大；在交点之下，要升上去，必须电磁转矩大。九、稳定性判据27电力拖动系统稳定运行的充分必要条件：九、稳定性判据28起动存在的问题——电流大、转矩大解决方法——降压起动、串阻起动十、直流电动机的起动28起动存在的问题——电流大、转矩大十、直流电动机的起动291.能耗制动的含义、实现方法、实现的过程（需要注意串联电阻的计算方法）十一、直流电动机的制动ABC291.能耗制动的含义、实现方法、实现的过程（需要注意串联电302.转速反向的反接制动的实现、特点、电阻计算RaRa+RΩ302.转速反向的反接制动的实现、特点、电阻计算RaRa313.电枢反接的反接制动的实现、特点、电阻计算313.电枢反接的反接制动的实现、特点、电阻计算324.回馈制动电机额定电流为70A，电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放，Ia=60A，求电动机反向下放转速。324.回馈制动电机额定电流为70A，电动机带动一个位能33制动部分小结：1.对反抗性负载而言：能耗制动能够准确实现停车；2.对位能性负载而言，所有制动过程都需要在转速接近零时断开电机；3.能耗制动运行在一、二、四象限4.电压反向的反接制动运行一、二、三、四象限，且稳定运行转速大于理想空载转速。5.转速反向的反接制动运行于一、四象限，只对位能性负载有效。6.所有制动过程中，电压反向的反接制动减速最快。7.能耗制动、电压反向的反接制动受最大允许电流的限制。33制动部分小结：1.对反抗性负载而言：能耗制动能够准确实现341.调速方法十二、直流电动机的调速2.各种调速方法的特点改变Ua——调压调速，从额定转速向下调速改变励磁磁通——在减弱磁通时调速，称弱磁调速改变电枢电阻——串阻调速，从额定转速向下调速341.调速方法十二、直流电动机的调速2.各种调速方法353536AB36AB37AB37AB直流电机小结电枢串电阻：可以用于起动、调速、转速反向的反接制动；所以的变化过程都可以从两个方面进行描述：状态量的变化和机械特性线的表示机械特性：定义、固有机械特性、人为机械特性直流电机运行过程中需要注意电枢电流的控制。38直流电机小结电枢串电阻：可以用于起动、调速、转速反向的反接制39测试题：1、直流电动机电枢绕组中流过的电流是直流还是交流（）。2、直流电动机电枢绕组的作用是（）。3、直流电机电枢反应的结果是（）和（）。4、一台他励式直流电动机拖动位能性负载运行，如果只增大电枢电阻，当电动机达到新的稳定运行状态时，电动机的电磁转矩、电枢电流和转速变不变化？其变化过程如何？39测试题：405、改变直流电动机旋转方向的方法为（）。6、直流电动机的制动方式有（）。7、直流电机的功率变化流程及含义。8、直流电机电枢串电阻的变化过程，并画出其机械特性。9、电机处于电动状态或发电状态的判据是什么？10、直流拖动系统稳定的必要条件和充分条件，判断以下系统是否稳定：405、改变直流电动机旋转方向的方法为（41414211、一台他励直流电动机的额定数据为：Ｕe＝220Ｖ，Ie=100A，Ｐe＝19Kw，ｎe=1000转／分，Ｒa＝0.2Ω，电动机拖动额定恒转矩负载（位能性负载）运行。试求：⑴输入功率、电磁功率和空载损耗功率。⑵电动机的直接起动转矩和起动电流。⑶若采用降压调速，求使电动机以600转／分的转速运行时的电枢电压。（4）设电动机电枢最大允许电流为200A，若要实现从额定转速运行切换到以-600转／分运行，有几种方法可以实现，并计算各种方法时电枢回路需要串入多大电阻？4211、一台他励直流电动机的额定数据为：Ｕe＝220Ｖ，I434344十三、变压器的特点1.利用电磁感应定律工作，实现变压，变压前后电压之间没有直接电的联系。2.由于其各部分在工作中静止不动，故称为器3.将某一等级的交流电压变成同一频率的另一个电压4.变压器不仅可以变压，而且可以变流、变负载、变相位。44十三、变压器的特点45变压的关系：与绕组的匝数成正比，原副边电压成正比；变流的关系：与绕组的匝数成反比，但原副边电流之间是正比关系变负载：与匝数的平方成正比。45变压的关系：与绕组的匝数成正比，原副边电压成正比；46联结法——三相变压器绕组的联结方式，星形和三角形联结高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。十四、三相变压器的电路系统——联结组1、联结法46联结法——三相变压器绕组的联结方式，星形和三角形联结十四47联结组——三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系的不同组合三相变压器的相位：与之间顺时钟所转过的角度。2、联结组第六节三相变压器47联结组——三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系的不同组483、同名端：单相变压器原副边的电势不是同相就是反相。同名端——一、二次绕组被同一交变的主磁通φ交链，在任一瞬间，一次绕组一端点电位为正，二次绕组也有一端点电位为正。这两个端点为“同名端”，在旁边用“·”表示483、同名端：49ABCABCabcnNabcnN49ABCABCabcnNabcnN50我对直流电机的思考直流电机部分：1.直流电机产生的原理：为什么要多线圈；为什么要换向。2.直流电机的结构具备的特点。（电枢绕组）3.直流电机所产生的转矩和电势大小跟哪些因素有关？4.直流电动机的能量传递过程。5.直流电动机的运行状态与哪些变量有关？6.电力拖动系统具备什么条件才能保证系统稳定？（负载转矩的特性）50我对直流电机的思考直流电机部分：517.直流电动机起动存在的问题和解决方案？8.直流电动机运行状态改变有哪些手段，这些手段对其运行状态的结果有何关系？具体的变化过程。9.直流电动机铭牌数据的含义。例如：1.直流电动机电枢绕组流过的电流是直流还是交流？每一个线圈所产生的电势是直流还是交流？517.直流电动机起动存在的问题和解决方案？522.当改变电枢电压后，电机运行状态的变化过程和变化结果.3.直流电动机的电磁功率是何种形式的能量，其大小与哪些变量有关？4.任意一个电力拖动系统是否是稳定的，如何判断？5.要求以某种转速运行，有几种方法可以实现？6.电机铭牌数据中额定功率的含义是什么？522.当改变电枢电压后，电机运行状态的变化过程和变化结果.53变压器部分：1.变压器具有变压、变流、变负载、变相位的作用，其变化关系的结论是什么？2.三相变压器的连接组别。3.电流互感器为什么不能开路？电压互感器为什么不能短路？53变压器部分：54电机能否实现高精度定位？如何实现？54电机能否实现高精度定位？55控制电机——由于控制系统的需要，主要作用是完成控制信号的传递和转换；主要要求是运行可靠、响应迅速、精确度高等。主要的控制电机：伺服电机步进电机55控制电机——由于控制系统的需要，主要作用是完成控制信号的56伺服电动机：也称执行电动机，是一种服从控制信号的要求而动作的电动机——“伺服”信号到来之前，转子静止不动信号到来之后，转子立即转动信号消失，转子能及时自行停转直流伺服电机就是直流电机。两相交流伺服电机就是两相异步电动机。56伺服电动机：也称执行电动机，是一种服从控制信号的要求而动57定子绕组f和c在空间上相差90of由定值交流电压励磁，称励磁绕组c由伺服放大器供电而进行控制，称控制绕组转子为笼型57定子绕组f和c在空间上相差90o58步进电机：步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移或直线位移，给一个脉冲信号，电动机前进一步，因此称为步进电动机。58步进电机：步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移59

1直流电机与交流电机改变旋转方向有什么不同？直流机可以改变励磁绕组或电枢绕组的正负极；交流异步机则只能改变定子电流的相序。

2三相异步电动机定子绕组短路与转子绕组短路各有什么影响？三相异步机定子绕组短路则电源短路，必然跳闸；若两相短路且可以只接两相电源，则异步机仍可以工作，输出转矩减小；转子绕组短路，若短路的区域比较小，则异步机仍可以工作，但输出功率减小。

3异步电动机短路与变压器短路有什么异同？变压器短路的情形与异步机相类似，只不过按正常接线，短路电流较大则电源必然跳闸，无法工作。但在通过改变电源的接线，则有些部分短路，还是可能可以工作的。59

1直流电机与交流电机改变旋转方向有什么不同？601、直流电机和异步电机的主磁场分别由什么建立的？二者在能量的转换上有什么异同？直流电机的主磁场和一部电机的主磁场均由励磁电流产生，直流电机的磁场就是由励磁绕组产生，异步机则由定子电流的一部分产生。二者在能量上的转换原理相同（切割或交变），但直流机直接变换出来的是机械能，异步机变换出来的则是电能，所以是传递能量。

2、影响直流电机电磁转矩的因素有哪些？

影响